Зеренное строение металлов. Границы зерен и субзерен

Металлы - это поликристаллические тела, они состоят из мелких кристаллов. Характеризуются металлическими свойствами и составляют 50 % всех химических элементов. Строение металлов и их сплавов кристаллическое.

В процессе кристаллизации кристаллы приобретают неправильную форму. Их называют зернами. Каждое зерно имеет свою ориентировку кристаллической решетки, которая отличается от ориентировки соседних зерен. Размер зерна металла влияет на его механические свойства. Данные свойства, вязкость и пластичность, значительно выше, если металл имеет мелкое зерно.

Поверхности раздела зерен называются границами зерен, которые могут быть: наклонными при расположении оси вращения в той же плоскости, что и граница; кручеными при перпендикулярно расположенной оси к плоскости. Такой кусок металла является поликристаллом. Границы зерен определяются точками соприкосновения смежных кристаллов. О размерах, структуре и характере строения зерен можно судить по изломам металла.

В поликристаллических материалах размер зерен от 1 до 1000 мкм. Зерна разориентированы, повернуты одни относительно других до десятков градусов. Границы являются основным дефектом в металлах. На границах между зернами атомы не имеют правильного расположения. Существует переходная область шириной в несколько атомных диаметров, в которой решетка одного зерна переходит в решетку другого зерна с иной ориентацией. Строение переходного слоя (границы) способствует скоплению в нем дислокаций, так как при переходе через границу ни плоскость скольжения, ни вектор Бюргерса не сохраняются неизменными. Нарушение правильности расположения способствует тому, что на границах зерен повышена концентрация тех примесей, которые понижают поверхностную энергию. Внутри зерен нарушается правильное кристаллическое строение.

Границы субзерен менее нарушены.

Все металлы имеют общие свойства: пластичность, высокую тепло- и электропроводность, специфический металлический блеск, повышают электросопротивление с ростом температуры.

Из жидкого расплава вырастает монокристалл, который представляет собой один кристалл. Размеры монокристаллов невелики, их используют в лабораториях для изучения свойств какого-либо вещества. Металлы и сплавы, которые получают в самых обычных условиях, состоят из большого количества кристаллов, они имеют поликристаллическое строение.

Изучение строения металлов с помощью рентгеноструктурного анализа и электронного микроскопа позволило установить, что внутреннее кристаллическое строение зерна не является правильным. В кристаллических решетках реальных металлов имеются различные дефекты (несовершенства), которые нарушают связи между атомами и оказывают влияние на свойства металлов. Все дефекты решетки - это нарушения укладки атомов в решетке.

Расположение атомов в решетке может быть в форме центрированного куба (б- и в-железо, б-титан, хром, молибден, вольфрам, ванадий), куба, грани которого центрированы (г-железо, алюминий, медь, никель, свинец, в-кобальт) или гексагональны, или в форме ячейки (магний, цинк).

Зерна в поликристаллах не являются монолитными, а состоят из отдельных субзерен, которые повернуты одно относительно другого на малый угол. Субзерно является многогранником, в котором содержится либо незначительное количество дислокаций, либо их совсем нет. Основные характеристики субзерен: тип, расположение, строение, плотность дислокаций. Многие дислокации образуются в результате механического сдвига.

Границы субзерен и зерен в металлах разделяют на малоугловые и большеугловые. Малоугловые границы наблюдаются между субзернами и имеют дислокационное строение. Малоугловую границу можно представить с помощью ряда параллельных краевых дислокаций. Образование субзерен с малоугловыми дислокациями называется полигонизацией. Структура большеугловых границ более сложная. Субграницы образованы определенными системами дислокаций. В зависимости от того, какой материал и какое воздействие на него оказывает окружающая среда, находится расположение дислокаций. Если металл мало деформирован, то местом скопления дислокаций являются плоскости скольжения. Если же такие металлы, как алюминий, железо подвергаются сильной деформации, то дислокации представлены в виде сложных сплетений: пространств, сетки.

Структура, в которой субзерна разориентированны друг относительно друга на угол 15-300, является блочной или мозаичной.

Плотность дислокаций в металле повышается при увеличении угла разориентации субзерен и уменьшением их величины. Атомы, расположенные на границах зерен, и атомы на поверхности кристалла из-за нескомпенсированности сил межатомного взаимодействия, имеют более высокую потенциальную энергию, по сравнению с атомами в объеме субзерен. Наличие дислокаций влияет на прочностные качества металлов. По теоретическим подсчетам предел упругости чистых металлов в 1000 раз превышает реальный, а предел упругости стали - в 100 раз.

Автор: Буслаева Е.М.

<< Назад: Предмет материаловедения; современная классификация материалов, основные этапы развития материаловедения

>> Вперед: Световая микроскопия; количественные характеристики микроструктуры

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ История экономики. Конспект лекций

▪ Оценка и управление недвижимостью. Конспект лекций

▪ Жилищное право. Конспект лекций

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива В гостинице обслужат роботы 12.02.2015 Сначала в банках, а теперь и в отелях Страны восходящего солнца планируется частично заменить персонал роботизированными механизмами, которые смогут обслуживать клиентов не хуже своих биологических аналогов. Новый техно-отель Henn-na откроют в японской префектуре Нагасаки. В штат работников небольшой гостиницы попадут 10 роботов, три из которых будут иметь предельно похожую на человеческую внешность. Задачей устройств-гуманоидов станет регистрация посетителей, поэтому встретить их удастся сразу у приемной стойки. Разработанные специалистами компании Kokoro данные механизмы получили название "actroids". Они способны общаться с посетителями гостиницы за счет возможности распознавания голоса, языка тела и установки с собеседником зрительного контакта при помощи соответствующих датчиков и камер. Далее промышленный манипулятор, адаптированный для работы в качестве грузчика, поможет доставить ваш багаж. Более простые модели роботов смогут осуществлять уборку номеров, готовить вам кофе и выполнять определенные поручения. Не обошлось и без "умных" и самых технологичных систем непосредственно в самих номерах. Открытие двери без ключа происходит за счет распознавания лиц посетителей гостиницы. Настройка режима работы климатического оборудования происходит автоматически на основании текущих показателях температуры вашего тела, которая считывается специальными датчиками. Сам отель Henn-na представляет собой небольшое двухэтажное здание всего на 72 номера. Учитывая его необычную роботизированную составляющую, заказать комнату в "сезон" здесь будет не так уж и просто. Владельцы гостиницы планируют организовывать специальные аукционы, чтобы каждый имел равные шансы забронировать номер. Так, к примеру, цена на одноместный номер стартует с отметки $60 за ночь, а за самый комфортабельный трехместный попросят от $153. Гостиница с роботами, основной "фишкой" которых является быстрая регистрация клиентов, откроется в 2016 году. Однако пока что авторы проекта не готовы полностью положиться на бездушные машины, поэтому на каждого из десяти устройств придется по одному живому сотруднику. Тем не менее, владельцы Henn-na уверены, что в будущем автоматизированный персонал не просто превратится в способ обратить на себя внимание клиентов и привлечь дополнительных посетителей. Роботам под силу выполнять до 90 % всех ключевых операций в гостиницах. Если Henn-na оправдает ожидания своих владельцев, то они готовы построить еще тысячу подобных отелей по всему миру.

Другие интересные новости:

▪ PHILIPS представила в России свои телевизоры-зеркала

▪ Новый HP Chromebook 14

▪ Нанотехнологии для укрепления бетона

▪ Платформа Foxconn Banana Pi для мини-ПК и встраиваемых систем

▪ Трюфельный лес

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Телевидение. Подборка статей

▪ статья Аппетит приходит во время еды. Крылатое выражение

▪ статья Отчего люди падают в обморок? Подробный ответ

▪ статья Несчастный случай на воде. Медицинская помощь

▪ статья Малогабаритный индикатор наведения спутниковой антенны. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Защита электродвигателя от неполнофазного режима. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026